Трехкомпонентныи датчик пульсации поля скорости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

423049

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 16.05.72 (21) 1785147/18-10 (51) М. Кл. G 01р 5/02 с присоединением заявки №

Гасударственный комитет.

Савата Министров СССР ао делам изааретений и открытий (32) Приоритет

Опубликовано 05.04.74. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 04.09.74 (53) УДК 531.767(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. В. Гуров и Г. Г. Хунджуа

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им, М. В. Ломоносова (54) ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ПУЛЬСАЦИИ

ПОЛЯ СКОРОСТИ

Известны трехкомпонентные датчики пульсаций поля скорости, содержащие систему разложения сил, сферический датчик лобового сопротивления и три датчика линейных перемещений.

Однако отмечается невозможность измерения или трех компонент турбулентных пульсаций поля скорости как в поверхностном. так H в приводном слоях моря и атмосферы, а также недостаточная надежность и точность измерений.

Предлагаемый датчик отличается тем, что в нем система разложения сил выполнена в виде несущей рамы, жестко связанной с системой отсчета, трех пар плоских поперечнопродольных и вертикально-продольных пружин, держателей пружин и двух кронштейнов, жестко связанных между собой и последовательно жестко связывающих систему отсчета с датчиком лобового сопротивления так, что каждая пара пружин имеет возможность смещаться только в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, при этом пружины выполнены из материалов с различным коэффициентом жесткости, а при измерениях в море датчик герметизирован.

На чертеже дано схематичное пространственное изображение датчика.

Трехкомпонентный датчик содержит датчик

1 лобового сопротивления, имеющий сферическую форму, несущую раму 2, жестко связанную с системой отсчета, держатель 3 поперечно-продольных пружин, держатель 4 вертикально-продо IhHblx пружин; плоские пружины 5, место крепления 6 датчиков малых линейных перемещений, кронштейны 7, жестко связанные со сферической оболочкой, соединительное кольцо 8 съемной полусферы и соединительное кольцо 9 второй полусферы, к

10 которому крепятся кронштейны 7. Индексами х, у и z у позиций 5 и 6 обозначены пружины и точки крепления датчиков линейных перемещений, измеряющие перемещения в направлении соответствующих осей системы коорди15 нат, Принцип действия трехкомпонентного датчика пульсаций поля скорости основан на том, что сила лобового сопротивления Г, действу20 ющая на сферическое тело, помещенное в поток жидкости или газа, связана со скоростью набегающего потока V и параметрами тела следующим образом:

25 F — — — c„S, V V< — — ci V/, 1 где р — плотность среды; с,. — коэффициент лобового сопротивления;

S — площадь мидилевого сечения сферы, 30 а индекс i=1, 2, 3, означает продоль423049 (3) I I 2 F3

1 "2 — —, Va =—

cV cV (4) ную, поперечную и вертикальную компоненты силы и скорости потока соответственно.

В измерительной аппаратуре датчик лобового сопротивления ориентирован в потоке таким образом, что направление средней скорости потока V совпадает с направлением продольной компоненты скорости. Тогда

V, = V+ 1; V> == 1 2; V — — з (2) где штрихи — пульсационные составля ощие.

Известно, что (V1 )"- — 0,1 V и что

12 1; остальные пульсации компонент скорости несколько меньше продольной. Поэтому, полагая У1((У и используя соотношения (1) и (2), для продольной компоненты силы получаем

f, = F + F, —:=- c (V + 2VV1)

Отсюда для пульсациопной компоненты скорости имеем

2cV и аналогично для остальных пульсаций компонент скорости так что зависимость между соответствующими компонентами пульсаций скорости и силы является линейной.

Трехкомпонентный датчик пульсаций поля скорости работает следующим образом.

При действии силы вдоль оси Х деформируется только упругий параллелограмм, стороны которого образованы двумя пружинами 5, и продольными балками держателей пружин

3 и 4. Причем верхняя сторона параллелограмма остается неподвижной в направлении измеряемого перемещения. К этой стороне параллелограмма крепятся катушки датчиков перемещения по оси Х, соосные датчикам 6„, причем последний смещается вместе с держателем 4. Такие образом, происходит измерение смещения, пропорционального действию продольной горизонтальной компоненты пульсаций скорости потока.

При действии поперечной силы деформируется лишь упругий параллелограмм, образованный двумя пружинами 5„поперечными

50 балками держателя пружин 3 и неподвижной при измерениях несущей рамой 2, к которой крепятся катушки датчика перемещений в поперечном направлении. Относительно этих катушек смещается датчик 6„, расположенный на поперечной балке держателя 3. При этом происходит измерение поперечной горизонтальной компоненты пульсаций скорости, При действии вертикальной силы деформируется в соответствующем направлении только упругий параллелограмм, образованный двумя пружинами 5„двумя кронштейнами 7 и вертикальной балкой держателя пружин 4, причем последний остается неподвижным в вертикальном направлении. Датчик 6 крепится па нижнем кронштейне 7, датчик вертикального перемещения — на продольной балке держателя пружин 4. Электрические сигналы с датчиков линейных перемещений поступают на вход усилителей мощности и после демодуляции подаются на пульт управления.

Здесь производится электрическая компенсация сигнала, вызванного воздействием средней скорости потока, а сигналы, пропорциональные компонентам пульсаций скорости, записываются регистратором.

Предмет изобретения

Трехкомпонентный датчик пульсаций поля скорости, содержащий систему разложения сил, сферический датчик лобового сопротивления, три датчика линейных перемещений, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью измерения трех компонент турбулентных пульсаций поля скорости как в поверхностном, так и в приводном слоях моря и атмосферы, а также повышения надежности и точности измерений датчика, в нем система разложения выполнена в виде несущей рамы, жестко связанной с системой отсчета, трех пар плоских поперечно-продольных и вертикально-продольных пружин, держателей пружин и двух кронштейнов, жестко связанных между собой и последовательно жестко связывающих систему отсчета с датчиком лобового сопротивления так, что каждая пара пружин имеет возможность смещаться только в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, при этом пружины выполнены из материалов с различным коэффициентом жесткости, а при измерениях в морс датчик герметизирован.

423049

Составитель Л. Гирченко

Редактор О. Филиппова Техред А. Камышникова Корректор М. Лейзерман

Заказ 2144/1 Изд. ¹ 711 Тираж 678 Подписное

ЦБИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2